蜂窩型結構交換器的製作方法

2024-04-01 23:37:05

專利名稱：蜂窩型結構交換器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及能源技術中的管殼式換熱器，具體涉及一種蜂窩型結構交 換器。
背景技術：
換熱器是在動力、冶金、製冷、煉油、化工、航空、原子能、醫藥等工業 部門中廣泛應用的一種通用工藝設備。隨著能源問題的日漸突顯，要求在滿足 熱量交換的前提下，儘可能縮小設備體積，即提高設備的緊湊性，進而減輕設 備重量，節約材料，並相應地減少佔地面積。由此，高效換熱器應運而生。在 有些應用領域，對換熱設備的尺寸和重量有著特殊的要求，因而體積微小、單 位體積換熱面積很大的超緊湊式換熱器已經成為當前換熱設備生產發展的必 需。該結構屬於管殼式換熱器領域。由於管殼式換熱器技術成熟、結構高度可 靠且其適應面非常廣泛，因此其產量和應用至今仍在工業生產中佔有很重要的 地位，目前管殼式換熱器以傳統列管式換熱器為主，雖然相關技術的發展對傳 統列管式換熱器的設計製造技術有部分補充和完善，但並沒有突破性進展，其 使用局限性反而越來越突出，具體主要表現在以下幾個方面
(1) 單位體積換熱面積小，緊湊性差。由於安裝緣故，管束中管子之間不 能緊密排列。雖然列管式換熱器的體積大，但總的換熱面積小，因此經濟效果 差。
(2) 傳熱係數小，效率低。傳熱係數是衡量換熱器性能的一個重要指標。 經過大量的研究改進，雖然列管式換熱器的傳熱係數有所提高，但都是以增大 壓力損失為代價的，總體而言效率還是很低。
(3) 可靠性差。高流速下容易產生管束振動，使管子破裂，損壞設備的
礎與管路，同時產生噪音，難以通過理論計算對振動進行有的控制與預防。雖 然在工程應用方面也開發了一些新的抗振結構，但效果並不理想。
(4) 生產周期長，金屬耗量大。傳統列管式換熱器的管束由上千根管子組 成，管板直徑可達3 5m，厚幾十釐米，鑽削精度和光潔度要求也比較嚴格。採 用數控鑽床，鑽孔周期也要25天左右，生產周期較長;切屑量可達幾噸甚至幾十 噸，材料浪費比較大。
(5) 組裝、檢修、維護困難。管與孔、管束與殼體之間的間隙很小，管束 的組裝、管束與殼體的套裝等都要求圓度或直度偏差較小，難度較大。管與管 之間距離較小，不易安放檢測儀器，無法檢測和維護局部危險部位。

實用新型內容
本實用新型的目的在於克服現有技術列管模式的缺點，提供一種具有蜂窩 仿生結構的正六面體形換熱器。
本實用新型的目的通過如下技術方案實現 一種蜂窩型結構交換器，包括殼體和管束，殼體上設有流體進口和流體出口， 殼體兩端分別設有管箱，管箱上設有管束流體進口和出口，所述殼體呈正六邊 形截面形狀，所述管束由多個短蜂窩管束與長蜂窩管束組成蜂窩管束芯，長蜂 窩管束與短蜂窩管束毗鄰，共用壁面，長蜂窩管束與短蜂窩管束的壁厚為0.2
2mm，長蜂窩管束兩端分別與管箱內的進口和出口連通。
為進一步實現本實用新型的目的，所述長蜂窩管束通過隔板連接裝置進行連 接，隔板連接裝置包括隔板、隔板條、邊壓條和密封條，採用可拆式緊密連接。
所述蜂窩長蜂窩管束與隔板通過脹接、釺焊固定、脹接加焊接或者可拆密封 連接。
兩端管箱與殼體均為可拆式連接。可拆式連接為殼體兩端均焊有法蘭，隔板
夾持在兩法蘭之間，通過螺栓固定。
所述蜂窩管束芯外沿與殼體的間隙小於3mm。 與現有技術相比，本實用新型創造具有如下優點和有益效果
(1) 該實用新型的金屬材質的薄板厚度為0.2 2mm，由於板片厚度很薄， 故傳熱係數K大。例如在該換熱器內，水對水的傳熱係數可達1500 3700w/m2.。C。
(2) 單位體積換熱面積大，緊湊性好。蜂窩結構邊長小(一般為2 10mm)， 結構緊湊，單位容積所提供的傳熱面為100 380m2/m3;而管殼式換熱器只有 40 150 m2/m3。本實用新型克服了傳統列管式換熱器管束中管子之間不能緊 密排列，體積大，但總的換熱面積小，因此經濟效果差的缺點。
(3) 生產周期短，金屬耗量小。該結構可以實現模壓成型，節省內部組裝， 及多種加工工藝，沒有切屑量。通該設備具有組裝方便的結構特點，操作靈活 性大，檢修清洗也方便。
(4) 蜂窩結構，以最少的耗材，創造最強的幾何結構，具有優良的力學性能。 有較強的支撐作用，允許操作壓強也較高，可達5MPa。同時由於蜂窩結構特點， 使內部換熱結構形成一個剛性整體，高流速下不會產生振動。
(5) 該換熱設備，內芯是具有整體結構的蜂窩狀管束組成，蜂窩框架夾緊組 輕而剛度強，該設備正六面體結構比三面體、四面體、圓柱等多種幾何集合體 更耐壓、耐拉。


圖l為本實用新型蜂窩型結構交換器的結構示意圖2為圖1中長蜂窩管束與短蜂窩管束連接關係示意圖3是圖1中A-A向剖視圖4是圖1中B-B向剖視圖； 圖5是圖4中隔板條放大示意圖； 圖6是圖4中邊壓條放大示意圖； 圖7是圖4中C—C向剖視圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細的說明，但本實用新型 的實施方式不限於此。
如圖1所示， 一種蜂窩型結構交換器包括殼體10和管束，殼體10上設有流 體進口 2和流體出口 9，殼體10兩端分別設有管箱8，管箱8上設有管束流體 進口 7和出口 1，殼體IO呈正六邊形截面形狀。所述管束由多個短蜂窩管束3 與長蜂窩管束4組成蜂窩管束芯12，蜂窩管束芯12外沿與殼體10的間隙小於 3mm。長蜂窩管束4兩端分別與管箱8內的進口7和出口 l連通。
如圖2所示，長蜂窩管束4與短蜂窩管束3毗鄰，共用壁面，長蜂窩管束4 與短蜂窩管束3的壁厚為l.Omm，該壁厚可選取0.2 2mm之間任意厚度值。
如圖3所示，長蜂窩管束4通過隔板連接裝置11進行連接，隔板連接裝置 11包括隔板條13、邊壓條14和密封條15，採用可拆式緊密連接，具體是隔板 條13與長蜂窩管束4長出的部分間隔組配，中間塗有密封膠，密封條15填封 在邊壓條14的凹槽內，隔板條13裝配在邊壓條14中，通過密封條15的受力 變形實現密封。
兩端管箱8與殼體10均為可拆式連接。具體是殼體10兩端均焊有法蘭5， 隔板ll夾持在兩法蘭之間，通過螺栓6固定。 l.隔板的製造
隔板條的毛坯可以是鋼板的及複合的。當採用單一材料不能同時抵抗兩側
換熱介質的腐蝕時，必須採用雙金屬板。它的製造方法主要是模壓、切割等。 保證與蜂窩管束的幾何配合。隔板條的加工是隔板製造過程中主要的一個環節， 應儘可能地滿足以下要求
① 保證孔的位置及尺寸精度，如隔板條的幾何對中、同心度及加工的光潔 度等；
② 隔板條加工切面與隔板平面垂直；
③ 隔板與密封面垂直；
④ 如果存在隔板槽應與隔板中心線對稱。
此外，為了保證隔板的同心度可將幾塊隔板疊合起來一起切加工。
2. 蜂窩換熱管束的製造
對金屬箔進行表面處理，需要經過鹼洗除油、硝酸光化、磷酸陽極化，烘 幹、浸底膠烘乾，塗芯條膠後再烘乾以及芯條膠熱壓固化，再加上金屬蜂窩結 構件的熱壓固化。
3. 殼體的製造
蜂窩式換熱器殼體與通用方形壓力容器的筒節的製造成型一樣，可分為冷 和熱兩種加工方法。當鋼板厚度超過2.5mm，應當選用熱法；對於普通的換熱 器如果沒有特殊的要求， 一般屬於常低壓容器，所用鋼板較薄，所以選用冷法 即可。
作為換熱器的殼體，由於殼體內部要裝入較長的管束，管束上要有防摩擦 設計，與殼體內壁間的裝配間隙一般不大於3mm;殼體不直度不大於殼體長度 的1/1000;殼體內壁焊縫要求帶墊板焊，保持內壁平整。
彎巻成型常在專用的折彎機、巻板機上進行，鋼板在巻板機上輥壓加工時， 需要注意鋼板縱向邊緣嚴格與滾筒軸線保持平行，輥壓成型以後的圓筒立即點
焊。焊接可以採用手工電弧焊或埋弧自動焊，並按有關規定進行。並且要注意 接管不開在焊縫上，並應與其相連接的內表面平齊。
在換熱器的製造過程中，保證管束與隔板的密封緊固連接是非常重要。如 果連接的質量不好，會導致冷、熱流體會滲漏在一起，還有可能在溫差應力和 管程與殼程壓差的作用下，管束與隔板連接拉脫。連接的方法由於換熱器的使 用條件、加工條件的不同，主要有脹接、釺焊固定、脹接加焊接，可拆密封連 接等。
(1) 脹接
應用脹接應注意脹管率應適當；隔板的硬度應比管束端部度高HB20 30， 產生必要的彈性恢復，保證脹接強度；管子與隔板結合面必須光潔；脹接一般 採用專用脹管機機械脹管等方法。
(2) 釺焊固定
焊接加工簡便，連接強度好，更能保證嚴密性，在高溫高壓、或深冷時也 能保證連接處的緊密性與抗拉脫能力。
(3) 脹接加焊接
脹接與焊接都有其各自的優點與缺點，尤其是在高溫高壓下，管端接頭面 臨著極其苛刻的工作環境，單獨的採用脹接或焊接都不能滿足要求，這就需要 採用脹接加焊接的方法。脹接加焊接，不僅能提高連接處的抗疲勞性能，還可 消除應力腐蝕和間隙腐蝕，提高使用壽命命。
(4) 可拆密封連接
可拆密封連接加工、安裝簡便，利用結合面加裝密封材料，連接密封好， 更能保證嚴密性，不同的密封材質在高溫高壓、或深冷時也能保證連接處的緊 密性與抗拉脫能力。
本實用新型蜂窩型結構交換器自成一體，可以於GB151—99設計的結構、 零部件尺寸相配合。可以替換使用同種類型的間壁式換熱器，尤其是使用在流 速小，有明顯誘導振動、空間要求緊湊、換熱面積大的場合適用。本結構在換 熱器中工作時，管內外分別通有兩種不同的介質，這兩種介質通過管壁進行換 熱，增加的傳熱面積提高了換熱器的換熱量，而蜂窩式間壁很薄，提高了傳熱 係數。
該換熱設備可廣泛應用於小型製冷設備。其中的蜂窩流道可以形成很細小的 流道，它良好的尺寸匹配對整個換熱系統的性能有著重要影響。尤其是在製冷 領域，針對目前細管內製冷劑兩相流特性的研究大多基於兩相流的均相流模型， 並且大多忽略了實際存在的亞穩態現象，以絕熱細管為研究對象，建立了兩相 流漂移數學模型，同時考慮製冷劑流動過程中的亞穩態現象，通過對製冷劑熱 力性質、熱力狀態參數和熱力過程的計算，實現了絕熱細管的數值計算;搭建了 絕熱細管兩相流特性研究實驗裝置，其實驗數據與數值計算結果具有較好的吻
權利要求1、蜂窩型結構交換器，包括殼體(10)和管束，殼體(10)上設有流體進口(2)和流體出口(9)，殼體(10)兩端分別設有管箱(8)，管箱(8)上設有管束流體進口(7)和出口(1)，其特徵在於所述殼體(10)呈正六邊形截面形狀，所述管束由多個短蜂窩管束(3)與長蜂窩管束(4)組成蜂窩管束芯(12)，長蜂窩管束(4)與短蜂窩管束(3)毗鄰，共用壁面，長蜂窩管束(4)與短蜂窩管束(3)的壁厚為0.2～2mm，長蜂窩管束(4)兩端分別與管箱(8)內的進口(7)和出口(1)連通。
2、 根據權利要求1所述的蜂窩型結構交換器，其特徵在於所述長蜂窩管束 (4)通過隔板連接裝置(11)進行連接，隔板連接裝置(11)包括'#隔板條(13)、邊壓條(l爭)和密封條(1S')，隔板條(13)與長蜂窩管爽4形出的 部分間隔組配，中間塗有密封膠，密封條(15)填封在邊壓條(14)的凹槽內，隔板 條(13)裝配在邊壓條14)中，通過密封條(15)的受力變形實現密封。
3、 根據權利要求2所述的蜂窩型結構交換器，其特徵在於長蜂窩管束(4) 與隔板(13)通過脹接、釺焊固定、脹接加焊接或者可拆密封連接。
4、 根據權利要求1所述的蜂窩型結構交換器，其特徵在於兩端管箱與殼體 均為可拆式連接。
5、 根據權利要求4所述蜂窩型結構交換器，其特徵在於可拆式連接為殼體 (10)兩端均焊有法蘭(5)，隔板(11)夾持在兩法蘭之間，通過螺栓(6)固定。
6、 根據權利要求1所述的蜂窩型結構交換器，其特徵在於蜂窩管束芯(12) 外沿與殼體(10)的間隙小於3mm。
專利摘要本實用新型公開了一種蜂窩型結構交換器。該交換器殼體(10)呈正六邊形截面形狀，管束由多個短蜂窩管束(3)與長蜂窩管束(4)組成蜂窩管束芯(12)，長蜂窩管束(4)與短蜂窩管束(3)毗鄰，共用壁面，長蜂窩管束(4)與短蜂窩管束(3)的壁厚為0.2～2mm，長蜂窩管束(4)兩端分別與管箱(8)內的進口(7)和出口(1)連通。該交換器傳熱單位體積換熱面積大，緊湊性好，係數K大，克服了傳統列管式換熱器管束中管子之間不能緊密排列，體積大，但總的換熱面積小，因此經濟效果差的缺點。該設備還具有組裝方便的結構特點，操作靈活性大，檢修清洗也方便。
文檔編號F28F1/02GK201003912SQ20072004749
公開日2008年1月9日 申請日期2007年1月17日 優先權日2007年1月17日
發明者劉飛龍, 靜 李, 閆軍威 申請人:華南理工大學